的2个50/50分束器，W此类推，经过n级分束器组的n级 分束，共出射2"束分束光。每条分束光依次经过一个弱测量装置、一个强测量装置、一个信 息读取装置。
[0027] 图3是50/50分束器示意图。一个50/50分束器5可将入射光分成透射光和反射光 两束出射光，其中透射光是继续沿入射光方向传播的出射光，反射光是传播方向垂直于入 射光方向的另一束光，其空间分布是入射光的空间镜像。为了保证透射光和反射光的光强 相等，入射光W与50/50分束器5的分束面成45°夹角入射，此时两束出射光的光强均是入 射光的^。经过上述设置，原本只能在一条光路上执行一个操作变为可在透射光路和反射 光路上分别执行操作，而其结果保持与在原光路上的操作结果相一致。本发明共使用2D-1 个50/50分束器5,通过n级分束，产生2"条光路，它们的光强均为原光路的2 -n。由于光经 过分束其光强会减弱，会影响后续的仪器读数，从而影响量子态的探测精度，因此分束级数 n不能无限大，具体取值需根据原始待测光脉冲的光强I和信息读取装置的噪声水平0综 合考虑，W仪器读数能正确反映所测量的物理量为标准来判断，优选n满足I? 5 0， 例如当I= 10, 0 = 0. 1时，n《log220,即为了保证测量精度，最多可采取4级分束。
[0028] 图4是光脉冲调节装置内部结构示意图。本发明的光脉冲调节装置包括相位置零 器11、偏振置零器12和空间分布放大器13。相位置零器11的作用是将光脉冲的相位调节 到设定为零的基础相位，可W采用B油inet-Soleit补偿器实现。偏振置零器12将光脉冲 的偏振方向调整到设置为零的偏振方向，该零偏振方向可W是水平方向或者垂直方向，偏 振置零器12可W通过调节偏振片的方向和角度实现。空间分布放大器13通过焦距互相匹 配的两块凸透镜实现，其作用是将光扩束，即由细光束转变为粗光束。
[0029] 图5是弱测量装置内部结构S视图，其中（a)展示弱测量装置的具体实施例一， 化）展示弱测量装置的具体实施例二。本发明的弱测量装置包括一块半波片21、一块透光 片22和两块遮光板23,其中，两块遮光板23相对平行放置，透光片22位于两块遮光板23 之间，透光片22的有效通光平面垂直于光传播方向，半波片21位于透光片22的有效通光 平面之前，且半波片21的面积远远小于透光片22的面积，半波片21改变入射光偏振方向 的角度口满足0 <<?30。上述透光片22可W是玻璃或者塑料，它不改变光的相位、偏振、 光强等特征。上述遮光板23的作用是改变透光片22的有效通光平面区域。上述半波片21 的作用是改变入射光的偏振方向，通过调节半波片21的晶轴的方向和角度实现。半波片 21的面积很小，远远小于透光片22的有效通光平面的面积，例如设定半波片21的面积为 ImmX1mm，而透光片22的有效通光平面的面积为20mmX20mm。半波片21在透光片22的 有效通光平面上的分布位置可W近似认为是一个点，用q标记该点位置。当透光片22的通 光区域是一条窄带时，如图5(a)所示，可W近似认为窄带是一条直线，此时将获得光脉冲 量子态的一维直线分布特性。当透光片22的通光区域是平面图形时，如图5(b)所示，将获 得光脉冲量子态的二维平面分布特性。为匹配通过n级分束产生的2"条光路，本发明共包 括2"个弱测量装置，且设置半波片21在透光片22平面上的位置q彼此不相同，而该2n个 装置中的位置q能够完全覆盖透光片22的有效通光平面区域。
[0030] 图6是强测量装置内部结构示意图。强测量装置主要包括一块傅里叶透镜3,用于 实现光的傅里叶变换，即变换焦前平面上光的位置分布信息为焦后平面上光的动量分布信 息。
[0031] 图7是信息读取装置内部结构示意图。信息读取装置转换收集到的光信号为电 信号并输出。为获取光脉冲量子态，需测量其在特定偏振方向的分量大小，分别是+45°偏 振、-45°偏振、右旋圆偏振和左旋圆偏振，用符号Nd、Na、Nk、Nl表不对应的测量数据。该些 测量记录与弱测量装置中半波片21位置q和光的动量分布面上的P相关联，因此还可记为 NkIP,"k=D,A,R,L。
[0032] 信息读取装置存在两个实施例。实施例一如图7(a)所示，包括=个50/50分束器 5、一个+45°线偏振光偏振器411、一个-45°线偏振光偏振器412、一个右旋圆偏振光偏振 器413、一个左旋圆偏振光偏振器414、四块凹透镜42和四个集成阵列CCD43,其连接关系 为，=个50/50分束器5位于强测量装置的傅里叶透镜3之后，经过二级分束，产生四条光 路，在该四条光路上分别设置+45°线偏振光偏振器411、-45°线偏振光偏振器412、右旋 圆偏振光偏振器413、左旋圆偏振光偏振器414,之后放置一块起扩束作用的凹透镜42,转 变细光束为粗光束，最后由集成阵列CCD43记录该条光路的光强空间分布。其中每个集成 阵列CCD43均位于该光路上傅里叶透镜3的焦后平面处。由此在一个测量时间段内得到所 需的测量记录NdIp,。、NaL。、NeIp,。、Njp,。。在得到上述测量数据后，根据如下公式计算光脉 冲的量子态：
[003引
【主权项】
1. 一个测量光脉冲量子态的探测系统，包括光脉冲调节装置、弱测量装置、强测量 装置、信息读取装置，其特征在于，在光脉冲调节装置和弱测量装置之间还包括η级分束 器组，第η级分束器组包括2- 1个50/50分束器，其中η为分束器组的级数，其取值满足 I · 2_η多5 〇，I为待测光脉冲的光强，〇为信息读取装置的噪声水平；从光脉冲调节装置 出射的光进入第一级分束器组，并且该光与第一级分束器组的50/50分束器的分束面的夹 角为45° ;第一级分束器组的出射光为两束特性相同的光，并且分别进入第二级分束器组 的2个50/50分束器，上述出射光分别与对应的50/50分束器的分束面的夹角为45° ;以 此类推，经过η级分束器组的η级分束，共出射2η束特性相同的分束光，每条分束光依次经 过一个弱测量装置、一个强测量装置、一个信息读取装置。
2. -种如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，光脉冲调节装置包括位于同一光 轴依次放置的一个相位置零器、一个偏振置零器、一个空间分布放大器；其中，相位置零器 为Babinet-Soleit补偿器，偏振置零器为偏振片，空间分布放大器包括两块凸透镜。
3. -种如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，弱测量装置包括一块半波片、一块 透光片和两块遮光板；其中，两块遮光板相对平行放置；透光片位于两块遮光板之间；透光 片的有效通光平面垂直于光传播方向；半波片位于透光片的有效通光平面之前，且半波片 的面积远远小于透光片的面积，半波片改变入射光偏振方向的角度，满足〇° <史<30°。
4. 一种如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，强测量装置包括一块傅里叶透镜。
5. -种如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，信息读取装置包括三个50/50分束 器、一个+45°线偏振光偏振器、一个-45°线偏振光偏振器、一个右旋圆偏振光偏振器、一 个左旋圆偏振光偏振器、四块凹透镜和四个集成阵列CCD ;进入信息读取装置的光首先经 过三个50/50分束器被分成四束特性相同的光；其中，第一束光依次通过+45°线偏振光偏 振器、一个凹透镜、一个集成阵列(XD ;第二束光依次通过-45°线偏振光偏振器、一个凹透 镜、一个集成阵列CCD ;第三束光依次通过右旋圆偏振光偏振器、一个凹透镜、一个集成阵 列(XD ;第四束光依次通过左旋圆偏振光偏振器、一个凹透镜、一个集成阵列(XD。
6. -种如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，信息读取装置包括一个通光小孔、 一块凸透镜、三个50/50分束器、一个+45°线偏振光偏振器、一个-45°线偏振光偏振器、 一个右旋圆偏振光偏振器、一个左旋圆偏振光偏振器、四个光电探测器；进入信息读取装置 的光依次经过通光小孔、凸透镜；其中，凸透镜与通光小孔相距一个凸透镜的焦距；该光再 经过三个50/50分束器被分成四束特性相同的光；其中，第一束光依次通过+45°线偏振光 偏振器、一个光电探测器；第二束光依次通过-45°线偏振光偏振器、一个光电探测器；第 三束光依次通过右旋圆偏振光偏振器、一个光电探测器；第四束光依次通过左旋圆偏振光 偏振器、一个光电探测器。
【专利摘要】本发明提供一种基于强弱联合测量的光脉冲特性快速探测系统。技术方案是：包括光脉冲调节装置、弱测量装置、强测量装置、信息读取装置，其特征在于，在光脉冲调节装置和弱测量装置之间还包括n级分束器组，第n级分束器组包括2n-1个50/50分束器；从光脉冲调节装置出射的光进入第一级分束器组，第一级分束器组的出射光为两束特性相同的光，并且分别进入第二级分束器组的2个50/50分束器；以此类推，共出射2n束特性相同的分束光，每条分束光依次经过一个弱测量装置、一个强测量装置、一个信息读取装置。本发明在测量精度变化不大的情况下，能够避免探测系统的光路频繁调整，大大缩短获取光脉冲量子态的时间。
【IPC分类】G01J11-00
【公开号】CN104880257
【申请号】CN201510184490
【发明人】陈希, 张明, 戴宏毅, 魏家华
【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月20日